李寶五

摘要：鄭州地區(qū)有一半的耕地?zé)o灌溉條件，同時(shí)土質(zhì)多為砂壤土，蓄水保墑能力特別差。雖然年均降雨600 mm左右，但季節(jié)分布很不均勻同時(shí)降雨量呈逐年減少的趨勢(shì)。該文以鄭州地區(qū)1960到2014年逐月降雨量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化降雨指標(biāo)，分析了不同時(shí)間尺度的spi值的特征。發(fā)現(xiàn)55年中鄭州地區(qū)發(fā)生嚴(yán)重干旱6次，中旱5次，輕度干旱2次。在55年中，鄭州地區(qū)有13年處于干旱的狀況，發(fā)生干旱頻率為，這表明鄭州地區(qū)干旱頻發(fā)。對(duì)鄭州地區(qū)玉米的全生育期進(jìn)行了調(diào)查。以一個(gè)月為尺度的spi值計(jì)算55年里玉米不同生育時(shí)期旱情發(fā)生的頻率。發(fā)現(xiàn)在對(duì)產(chǎn)量有關(guān)鍵影響的7月份發(fā)生干旱的頻率為31.5%，其中發(fā)生特旱和重旱頻率為7.6%。重旱和特旱會(huì)造成玉米嚴(yán)重減產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：干旱；玉米；生育期；標(biāo)準(zhǔn)化降雨指標(biāo)

在2007的IPCC上，指出從1900年到現(xiàn)在全球平均氣溫升高了0.74℃[1]。隨著日益顯著的全球變暖，全球性氣候變暖這個(gè)環(huán)境問(wèn)題也受到更多方面的關(guān)注[2]。由于全球溫度的普遍升高，降水量的區(qū)域差異更加明顯。近五十年來(lái)，根據(jù)資料中國(guó)總的年降水量呈減少趨勢(shì)[3]；在北方各個(gè)流域中以黃河流域的年降水量減少17%的最為明顯。進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，全國(guó)每年因?yàn)?zāi)導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)2000億元，這其中干旱是自然災(zāi)害中，影響范圍、波及人口、破壞能力最大的[4]。跟其他自然災(zāi)害比起來(lái)，干旱的特點(diǎn)是：出現(xiàn)次數(shù)多、時(shí)間持續(xù)長(zhǎng)、造成破壞大，尤其會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成不可挽回的損失[5]。1949年以后，全國(guó)修建了大量的農(nóng)田水利工程，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)科技的飛躍。前所未有的改善了全國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，對(duì)干旱有了一定的防御能力，保持了糧食產(chǎn)量的持續(xù)增長(zhǎng)。雖然農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件得到了很大的改善，但是由于底子太薄，據(jù)統(tǒng)計(jì)截至2009年全國(guó)有超過(guò)50%的農(nóng)田缺少灌溉設(shè)施，生產(chǎn)力水平低下[6]。因此分析近幾十年來(lái)干旱發(fā)生的頻率、強(qiáng)度以及范圍有很強(qiáng)的實(shí)際意義。

國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者對(duì)干旱指標(biāo)做了大量的研究來(lái)分析干旱發(fā)生與發(fā)展的規(guī)律[7]。對(duì)于干旱來(lái)說(shuō)，目前沒(méi)有大家普遍接受的定義。一般來(lái)說(shuō)大家將干旱分為四類(lèi)氣象干旱、農(nóng)業(yè)干旱、水文干旱和社會(huì)經(jīng)濟(jì)干旱[8]。在這四種干旱中，造成其他三種干旱的基本原因是氣象干旱。一般，氣象干旱就能代表其他三種干旱[9]。研究氣象干旱的指標(biāo)有很多，其中比較有代表性的是：相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)（SPI）、Z指數(shù)[10]、帕默爾干旱指數(shù)[11]、綜合氣象干旱指數(shù)等。通常都利用以上指標(biāo)來(lái)研究區(qū)域干旱的發(fā)生與發(fā)展規(guī)律。通過(guò)對(duì)不同干旱指標(biāo)監(jiān)測(cè)區(qū)域干旱的效果來(lái)講，基于降水?dāng)?shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化降雨指數(shù)SPI具有：計(jì)算簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性高、具有多時(shí)間尺度和時(shí)空可比性等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外的干旱監(jiān)測(cè)中。

1 研究區(qū)

鄭州地處河南省中部偏北，西南面地勢(shì)山區(qū)、丘陵居多。同時(shí)降雨季節(jié)分布不均導(dǎo)致常有干旱發(fā)生，西部黃土崗地和低山丘陵的耕地?zé)o任何灌水條件，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全靠天然降水[12]。這樣無(wú)灌溉條件的雨養(yǎng)田占總灌溉面積的將近一半，同時(shí)鄭州地區(qū)耕地的土質(zhì)多為砂壤土蓄水保水能力差。綜上所述，鄭州地區(qū)農(nóng)業(yè)比較容易受干旱災(zāi)害的影響。

2 資料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

以來(lái)自于中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)的氣象數(shù)據(jù)和河南省氣象局提供的鄭州市3個(gè)氣象站以的逐月降水資料（mm）作為計(jì)算SPI指數(shù)的基礎(chǔ)資料。該資料的時(shí)序?yàn)?960年到2014年55年的逐月降雨量。

2.2 研究方法

2.2.1 SPI（標(biāo)準(zhǔn)化降雨指標(biāo)）的原理。SPI指標(biāo)首先將降雨量進(jìn)行正態(tài)化標(biāo)準(zhǔn)處理，把降雨量的變化用Γ函數(shù)來(lái)表達(dá)，將降雨累計(jì)頻率標(biāo)準(zhǔn)化來(lái)計(jì)算出spi值，最終用spi值來(lái)劃分干旱等級(jí)SPI。

根據(jù)計(jì)算原理，利用matlab程序編寫(xiě)公式，就可以計(jì)算出基于1、3、6、12不用時(shí)間尺度的SPI 標(biāo)準(zhǔn)值。根據(jù)GB/T20481-2006對(duì)SPI的干旱等級(jí)界定標(biāo)準(zhǔn)如下表1。

2.2.2 結(jié)果與分析。選擇鄭州57083基準(zhǔn)站為代表站，選取1960-2014中55年的降水量為基本資料。計(jì)算發(fā)現(xiàn)1960年到2014年這55年間平均降水量為631.6 mm。通過(guò)降水量變化曲線進(jìn)行初步分析，在1986-1997年12年間只有3年的降水量在平均值以上，其它9年都低于平均值。同時(shí)鄭州地區(qū)年降水量逐年減少、干旱表現(xiàn)出逐年加重趨勢(shì)。

本章首先以1年為時(shí)間尺度計(jì)算SPI指標(biāo)，然后進(jìn)行干旱等級(jí)劃分，分析地區(qū)的旱情演變規(guī)律。根據(jù)SPI指標(biāo)的計(jì)算方法，得出1960-2014年55年間SPI值化如圖2所示，根據(jù)表1《氣象干旱等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》表，得到這55年干旱等級(jí)如圖3所示。

在1960-2014年的55年中，鄭州地區(qū)發(fā)生嚴(yán)重干旱6次，中旱5次，輕度干旱2次。實(shí)際上，鄭州地區(qū)每年四季各季都會(huì)發(fā)生不同干早現(xiàn)象，尤其是。為了更好地服務(wù)于農(nóng)業(yè)，下面我們以一個(gè)月為尺度，研究鄭州玉米生育期內(nèi)5月份到9月份的旱情發(fā)生規(guī)律，對(duì)旱情演進(jìn)狀況進(jìn)行分析。

3 鄭州地區(qū)夏玉米生育期內(nèi)干旱分析

下面以1個(gè)月為尺度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化降水指標(biāo)SPI，分析統(tǒng)計(jì)鄭州夏玉米生育期內(nèi)不同干旱持續(xù)期的周期，干旱持續(xù)期的次數(shù)、干旱強(qiáng)度、干旱發(fā)生頻率和發(fā)生周期。

3.1 旱情發(fā)生頻率

在1960年到2014年55年間只有72年10月份到73年10鄭州地區(qū)沒(méi)有發(fā)生任何等級(jí)的干旱，其他的年份或多或少都有不同等級(jí)的干旱發(fā)生。

接下來(lái)對(duì)鄭州夏玉米生育期4-9月份的旱情進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，各月份發(fā)生旱情頻率如下表2。

3.2 玉米不同生產(chǎn)時(shí)期耗水調(diào)查

以玉米各個(gè)生產(chǎn)時(shí)期為基準(zhǔn)觀測(cè)玉米的全生育期，實(shí)際觀測(cè)玉米各個(gè)生育期如表3所示。

對(duì)于鄭州地區(qū)夏玉米來(lái)說(shuō)，玉米不同生育期的耗水變化，主要受氣候因素的影響。出苗期時(shí)由于植株小對(duì)耕地的覆蓋少，這個(gè)時(shí)期耗水主要是土壤蒸發(fā)，受天氣影響比較大，這個(gè)階段的耗水量最小。進(jìn)入拔節(jié)期與抽穗期以后，氣溫也逐漸上升。這個(gè)階段是耗水量最大的階段。拔節(jié)期以后每日耗水量開(kāi)始慢慢減少。因此拔節(jié)與抽穗期是玉米整個(gè)生育期內(nèi)最耗水的時(shí)期也是影響玉米產(chǎn)量的關(guān)鍵時(shí)期。通過(guò)表2、表3我們可以知道玉米不同生育期發(fā)生干旱的頻率。

4 結(jié)論

分析表明，鄭州地區(qū)年降水量逐年減少、干旱表現(xiàn)出逐年加重的趨勢(shì)。在1960-2014年的55年中，鄭州地區(qū)發(fā)生嚴(yán)重干旱6次，中旱5次，輕度干旱2次。在55年中，鄭州地區(qū)有13年處于干旱的狀況，在SPI值以1一年為尺度的干旱頻率為，這表明鄭州地區(qū)干旱頻發(fā)。實(shí)際上，鄭州地區(qū)每年四季各季都會(huì)發(fā)生不同干早現(xiàn)象。

對(duì)于無(wú)灌溉條件地區(qū)來(lái)說(shuō)，夏玉米的產(chǎn)量跟拔節(jié)和抽穗期的降雨量相關(guān)性最大，這段時(shí)期如果沒(méi)有降雨造成土壤墑情不足，會(huì)造成嚴(yán)重減產(chǎn)。在鄭州地區(qū)根據(jù)我們對(duì)玉米全生育期的調(diào)查，對(duì)玉米產(chǎn)量起關(guān)鍵作用的月份是7月份。然而7月份發(fā)生輕旱的頻率為11.1%，中旱的頻率為13%，重旱和特旱的頻率分別為5.6%和1.8%。總的來(lái)說(shuō)干旱發(fā)生的頻率為31.5%。一旦發(fā)生重旱和特旱將會(huì)造成玉米的嚴(yán)重減產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] IPCC. Climate Change 2007：Summary of Policymakers[M]. Cambridge，UK：Cambridge University Press，2007.

[2] 靳立亞，符嬌蘭，陳發(fā)虎. 近44年來(lái)中國(guó)西北降水量變化的區(qū)域差異以及對(duì)全球變暖響應(yīng)[J]. 地理科學(xué)，2005，10（5）：567-572.

[3] 孟秀敬，張士鋒，張永勇. 河西走廊57年來(lái)氣溫和降水時(shí)空變化特征[J]. 地理學(xué)報(bào)，2012，67（11）：1482-1492.

[4] 馮金社，吳建安. 全國(guó)旱災(zāi)形勢(shì)和減輕旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的主要對(duì)策[J]. 災(zāi)害學(xué)，2008，23（2）：34-36.

[5] 成福云. 干旱災(zāi)害對(duì)21世紀(jì)初全國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的影響探討[J]. 水利發(fā)展研究，2002，2（10）：55-56.

[6] 中國(guó). 2009年旱情報(bào)告（上篇），2009（01）.

[7]Richard R，Heim Jr. A review of twentieth-century drought indices used in the United States [J]. Bulletin of American Meteorological Society，2002，83（8）：1149-1165.

[8] 李玉中，程延年，安順清. 北方地區(qū)干早規(guī)律及抗旱綜合技術(shù)[M]. 北京中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2002.

[9] 張 強(qiáng)，鞠笑生，李淑華，等. 三種干旱指標(biāo)的比較和新指標(biāo)的確定[J]. 氣象科1998（2）：48-52.

[10] 朱炳援，謝金南，鄧振鋪. 西北干旱指標(biāo)研究的綜合評(píng)述[J]. 甘肅氣象，1998，16（1）：35-37.

[11] 安順清，邢久星. 修正的帕默爾干旱指數(shù)及其應(yīng)用[J]. 氣象，1985，11（12）：17-19.

[12] 鄭州市統(tǒng)計(jì)局鄭州市統(tǒng)計(jì)年鑒. 中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社，2014.